[发明专利]共振反共振电磁复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁复合材料及其制备方法。

背景技术

左手材料的出现不仅极大地拓展了传统电磁学的研究和应用范围，还有可能促成电磁行业的新一轮技术革命。截至目前，已经有大量的研究集中于左手材料的制备、表征和应用，通过结构设计已经实现了多种左手效应，并在通信、光学等诸多领域取得了实际应用。例如美国加州大学Smith等人在金属线+缺口谐振环阵列获得了负的磁导率和负的介电常数；Largakov等人则利用左手特性实现了“完美透镜”效应。我国也有多个研究单位在进行这一领域的相关研究工作，而且就左手效应的高指向性天线等应用技术已进行了较深入的研究。但是，该领域目前的研究主要集中于有序周期性结构，对于无序复合结构的研究较少。因为微小周期性复合结构制备的难度较大，所以有序周期性限制了左手器件的设计和制作，这种状况严重制约了与左手效应相关的多种性能在实际器件技术中的应用。

发明内容

本发明为了解决现有对于无序复合结构的电磁复合材料研究和应用少、微小周期性复合结构制备的难度较大、有序周期性结构限制了左手器件的设计和制作并严重制约左手效应相关性能在实际器件中的应用的问题，提供了一种共振反共振电磁复合材料及其制备方法，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明的共振反共振电磁复合材料，由导电散射体材料和基体材料经固态混合、模压制成，按体积百分比导电散射体材料为10～40％、基体材料为60～90％。

导电散射体材料采用高介电性碳化硅纤维，其长度为0.1～1000微米，直径为0.01～10微米，长径比为10到100；在碳化硅纤维表面镀金属。

基体材料采用高分子聚合物、生物胶、天然与合成纤维、树脂和/或蜡为任意比例。在实际制备过程中将根据对复合材料分散性、强度和粘度的要求进行选配。

本发明的共振和反共振电磁复合材料及其制备方法的步骤如下：

步骤一、按体积百分比取10～40％的导电散射体材料，导电散射体材料选用表面镀金属的碳化硅纤维，分散于60～90％基体材料中，(基体材料采用高分子聚合物、生物胶、天然与合成纤维、树脂和/或蜡为任意比例)导电散射体材料和基体材料放入螺杆混料机中在20～70℃空气中进行固态混合10～30分钟；

步骤二、将步骤一混合均匀的混合料通过模压成形为圆柱状或片状，成型压力为10～20MPa，成型温度80～120℃，即制备出共振和反共振电磁复合材料。

本发明采用高介电性能或高导电性能的散射体分散于具有低介电性能材料的基体上，所制得的复合材料在微波频域内表现出介电常数共振-磁导率反共振的奇特效应。由于共振反共振效应的存在使得该复合材料在相应的微波波段上能够产生极高的介电常数和磁导率，尤其是在磁导率的反共振位置能够获得小于零的负磁导率。解决了对于微小周期性复合结构制备难度较大的问题。该复合材料的共振频率能在2～18GHz的宽广频域内调节，共振位置的磁导率虚部值可达-3。该共振反共振电磁复合材料适用于微波吸收和制备具有左手效应相关特性的电磁器件。具有成型性能好、微波透明度好、电磁性能稳定等特点。

附图说明

图1是本发明共振-反共振电磁复合材料的结构示意图，图2是介电散射体的形貌图，图3是导电散射体的形貌图，图4～图5是碳化硅纤维体积浓度为40 vol.％复合材料的电磁性能图，图6～图7是碳化硅纤维体积浓度为11vol.％复合材料的电磁性能图，图7～图8是含导电散射体的复合材料的电磁性能图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的电磁复合材料，由导电散射体材料和基体材料经固态混合、模压制成，按体积百分比导电散射体材料采用高介电常数的碳化硅纤维为10～40％、基体材料为60～90％，导电散射体材料采用介电常数大于50的碳化硅纤维。

具体实施方式二：本实施方式按体积百分比取10％的高介电常数碳化硅纤维、90％的石蜡经固态混合、模压制成电磁复合材料。

具体实施方式三：本实施方式按体积百分比取25％的高介电常数碳化硅纤维和75％的树脂为经固态混合、模压制成电磁复合材料。

具体实施方式四：本实施方式按体积百分比取40％的高介电常数碳化硅纤维、60％的生物胶经固态混合、模压制成电磁复合材料。

具体实施方式五：本实施方式的碳化硅纤维采用大长径比的陶瓷纤维，其长度范围为0.1～1000微米，直径范围为0.01～10微米，长径比为10到100；导电散射体材料选用表面镀金属层的碳化硅纤维，其形状尺寸与纤维相似。